在轨操作技术及国外发展分析

近年来,随着国外对自主交会对接、在轨服务、空间碎片清理等航天任务相关技术的不断演示验证,使得在轨操作逐步成为现实。在明确在轨操作的内涵以及建立在轨操作技术体系的基础上,总结、分析了国外在轨操作技术发展与应用,对在轨操作技术发展水平进行了定量分析,总结了国外发展经验与启示。     

电磁编队飞行与电磁交会对接关键技术及进展

随着微小卫星技术、在轨服务技术和空间对抗技术的发展,航天器编队飞行与自主交会对接成为当前航天领域新的研究热点.现有基于推力器的航天器编队飞行与交会对接控制存在着推进剂消耗、羽流污染等问题,用电磁力/力矩实现航天器编队飞行与交会对接控制具有显著优势与特点,应用前景广阔.概要介绍了电磁编队飞行与电磁交会对接的技术特点,系统论述了因电磁系统引入而涉及的几项关键技术及其研究进展,最后对电磁编队飞行与电磁交会对接技术发展及其应用进行了展望.     

我国载人飞船工程将突破出舱活动系统等三大技术

我国载人航天下一步发展，重点将突破航天员出舱活动技术、空间交会对接技术和航天员长期在轨技术。     

国外空间目标激光三维成像雷达关键技术分析

激光三维成像雷达可同时获得目标的灰度像和距离像,是完成空间目标识别、交会对接和在轨服务等任务的关键测量设备之一。在研究其基本原理、系统组成和关键性能的基础上,对不同体制激光三维成像雷达的关键技术实现途径进行了分析与比较,并总结了制约其在空间中应用的技术瓶颈。     

改进遗传算法的在轨组装路径规划

大规模航天器以在轨组装的方式进行空间部署时,常采用交会对接与辅助机构结合工作的方式完成组装,因此组装过程必须为装配过程规划安全的接近路径和工作区域,以避免组装过程中的碰撞风险。在组装卫星的相对轨道运动模型基础上,建立了组装过程中的动态环境模型,针对在轨组装的位置、时间精度的同时优化改进了传统遗传算法,设计了基于改进遗传算法的在轨组装路径寻优方法。仿真结果表明,提出的算法寻求的最优路径能够较好地满足在轨组装的有效性、安全性以及高精度的要求,并且算法收敛性和稳定性好。     

基于机械臂运动的组合航天器惯性参数在轨辨识

随着空间技术发展,交会对接任务越来越多,服务航天器与目标航天器对接形成组合航天器后惯性参数会发生明显变化。因此,提出一种基于机械臂运动的组合航天器惯性参数在轨辨识方法。该方法可以分为2步:第一步辨识组合航天器的质量和质心;第二步辨识组合航天器的惯性张量。该方法优点是实现了质量、质心与惯性张量等辨识参数的相互解耦,不需要消耗航天器上宝贵的喷气燃料,仅需要测量航天器的速度,而不是加速度和力。仿真结果验证了方法的有效性。     

一种基于燃料站的可往返式在轨加注任务调度模型及优化算法

基于空间燃料站的在轨加注任务作为未来轨道运输系统的新模式,为未来航天器在轨服务任务提供了有效的选择。本文针对多GEO目标航天器在轨加注任务,将空间燃料站技术与传统"一对多"在轨加注技术相结合,提出一种基于燃料站的可往返式在轨加注任务调度模型。模型中,考虑了服务航天器可重复利用与自身携带的燃料限制,结合轨道机动与交会问题,通过对双脉冲轨道转移的分析与求解,获得轨道转移速度增量和转移时间等目标优化参数。在此基础上,针对多目标优化问题,根据调度模型的速度增量、时间等待优化变量的对应与约束关系,面向多GEO目标航天器,设计了一种基于燃料站的可往返式在轨加注任务多目标优化算法。该算法利用设置断点的方式改进了遗传算法对加注任务调度及其多目标优化问题的求解方法,获得了服务航天器在需往返燃料站时,优化的燃料消耗、服务顺序及该顺序下的时间分配策略。以10颗GEO圆轨道目标航天器的在轨加注任务为例,进行了数值仿真计算。结果表明算法能够解决加入空间燃料站对传统在轨加注任务调度的影响。     

空间智能操控装备在轨服务建模与仿真研究

为了保证空间智能操控装备在轨服务任务的顺利实施,研究了与其相关的规划、建模与仿真等关键技术。在此基础上,研制开发了一套空间智能操控装备在轨服务仿真系统;该系统采用HLA/RTI仿真框架,实现了空间态势监控、任务规划、轨道机动规划、测控资源计算、轨道机动仿真、在轨操作仿真、控制指令生成与发送等功能。基于该仿真系统,进行了空间智能操控装备在轨服务任务的仿真分析,对关键任务节点进行了反复验证。     

航天器交会对接位姿视觉测量迭代算法

针对航天器交会对接过程中利用单目视觉进行相对位姿参数确定问题,利利用由目标航天器上4个非共面设置的特征光标点和追踪航天器上单个CCD相机组成的交会对接航天器单目视觉测量系统,推导了交会对接航天器间相对位姿参数测量的迭代算法,将相对位姿参数求解问题转化为非线性优化问题,在目标航天器像平面空间内推导优化目标函数,利用Levenberg-Marquardt算法求解该非线性优化问题,并选择一解析算法以快速求解迭代初值,仿真结果表明算法的有效性和可靠性,能够满足交会对接航天器测量精度要求。     

空间可重复锁紧装置可靠性评估

为了对空间可重复锁紧装置在轨执行多次锁紧分离动作的任务可靠性进行评估,针对装置在轨受到航天器交会对接冲击和空间环境下性能退化综合作用的特点,建立了考虑冲击与退化相依竞争失效的可靠性评估模型。首先,以空间可重复锁紧装置的功能、结构及工作原理为出发点,结合在轨主要故障模式确定可靠性特征量。其次,同时考虑在轨承受极端冲击和累积冲击两种情况,构建冲击作用下的性能退化模型,并针对装置小子样、高可靠、长寿命特点,采用加速退化试验和贝叶斯方法进行模型参数估计。然后,基于冲击与退化过程的相依竞争失效理论,建立装置可靠性评估模型。最后,以某型号空间可重复锁紧装置为例,开展装置在轨冲击承载模拟试验及加速性能退化试验,同时融合相似产品历史试验数据,采用贝叶斯公式进行模型参数估计,得到装置可靠度函数曲线。研究结果表明,装置在轨运行25 a后仍能以0.973的高可靠度运行,评估结果符合工程实际;运用所提出的方法及模型,能够紧扣装置在轨任务工况,结合试验和研制数据综合进行可靠性评估,为在轨任务可靠性分析提供了有效的技术途径,为设计改进和使用策略制定提供了理论依据。     

空间对接整体动力学仿真系统稳定性分析

为了在地面模拟空间对接的动力学过程,对其动力学仿真系统进行了研究。描述了动力学综合实验台的工作原理,提出能模拟空间对接过程的动力学仿真问题。对空间对接整体动力学仿真系统的物理参数进行了合理配置,并对其稳定性进行了分析。试验结果验证了相应结论的有效性。     

基于HLA卫星信息支援下的导弹攻防对抗研究

高层体系结构(high level architecture，HLA)是新一代分布交互仿真体系结构，也是分布交互仿真领域的一个研究热点。同时，对未来军事领域各种作战研究、模拟训练中的互联互操作功能的实现也是急待解决的课题。以红蓝方导弹攻防对抗为军事背景，采用HLA仿真体系结构，从应用的角度分析了HLA仿真应用开发过程；初步实现了卫星支援下的导弹攻防模拟系统联邦，为空间作战的研究提供了一个仿真环境。     

线性滤波法风速模拟及模型阶数确定

时域分析法是对结构进行风致振动分析的主要方法之一,而采用该法的前提是要有一系列的风速(或风压)时程样本．详细介绍了风速时程AR模拟方法及AIC准则,并对此技术进行了编程实现．所模拟的结果表明：AR模型可有效地模拟具有空间时间相关性的节点脉动风速时程．     

GPS在航天器交会对接中的应用研究

ＧＰＳ动态定位技术应用于交会对接中与目前采用的测量手段相比具有较大优势。文章首先对交会对接各阶段测量精度要求与ＧＰＳ能达到的精度做出比较,在此基础上给邮了ＧＰＳ技术应用于航天器交会对接过程的基本方案,重点讨论各阶段的数学模型,最后论述了其优越性。     

高压大功率开关电源的PSPICE计算机辅助设计

一种为微波功率模块供电的高压大功率开关电源已经完成设计并小批量生产.以该电源的设计为例,给出了建立开关电源PSPICE模型的实例,讨论了影响开关电源PSPICE仿真精度和速度的因素,总结了解决仿真中出现收敛性问题的具体方法,最后给出了所设计电源输出的PSPICE仿真结果和实验结果.     

高压大功率开关电源的PSPICE计算机辅助设计

一种为微波功率模块供电的高压大功率开关电源已经完成设计并小批量生产.以该电源的设计为例,给出了建立开关电源PSPICE模型的实例,讨论了影响开关电源PSPICE仿真精度和速度的因素,总结了解决仿真中出现收敛性问题的具体方法,最后给出了所设计电源输出的PSPICE仿真结果和实验结果.     

Hardware-in-the-Loop Simulation System for Space Manipulator Docking: Model, Stability and Experimental Evaluation

A manipulator-type docking hardware-in-the-loop (HIL) simulation system is proposed in this paper, with further development of the space docking technology and corresponding requirements of the engineering project. First, the structure of the manipulator-type HIL simulation system is explained. The mass and the flexibility of the manipulator has an important influence on the stability of the HIL system, which is the premise of accurately simulating actual space docking. Thus, the docking HIL simulation models of rigid, flexible and flexible-light space manipulators are established. The characteristics of the three HIL systems are studied from three important aspects: the system parameter configuration relation, the system stability condition and the dynamics frequency simulation ability. The key conclusions obtained were that the system satisfies stability or reproduction accuracy. Meanwhile, the influence of different manipulators on the system stability is further analyzed. The accuracy of the calculated results is verified experimentally.     

全氧燃烧玻璃熔窑火焰空间的数值模拟研究进展

介绍了全氧燃烧玻璃熔窑及其数值模拟的特点和最新研究情况,归纳了建立全氧燃烧火焰空间数值模拟的各种模型,阐述了玻璃熔窑数值模拟的发展趋势．全氧燃烧的显著优点和与数值模拟的相结合将会为玻璃行业开拓一条广阔的发展道路．     

Advances in numerical algorithms and methods in computational geosciences with modeling characteristics of multiple physical and chemical processes

This paper aims to provide a brief introduction to recent advances in numerical algorithms and methods in the emerging computational geoscience filed with general simulation characteristics of modeling multiple chemical and physical processes that take place in ore-generating systems within the Earth's crust. Due to significant differences between Earth systems and engineering systems, the existing numerical algorithms and methods, which are designed for simulating realistic problems in the engineering fields, may not be straightforwardly used to simulate ore-generating problems without significant improvements. Thus, extensive and systematic studies have been conducted, in recent years, to develop new numerical algorithms and methods for simulating different aspects of ore-generating problems. Not only can the outcomes of these studies provide new simulation tools for better understanding the controlled dynamic mechanisms that take place in ore-generating systems, but also they have enriched the research contents of computational mechanics in the broad sense.